磁场的测量-磁学国家重点试验室-中国科学院物理研究所
83页1、中国科学院物理研究所 通用实验技术公共课程,磁性测量,赵同云 磁学国家重点实验室,2019年7月16日,第四讲:磁场的测量,声 明,本讲稿中引用的图、表、数据全部取自公开发表的书籍、文献、论文,而且仅为教学使用,任何人不得将其用于商业目的。,磁场的测量,1. 磁场的基、标准 2. 磁场的绝对测量 磁场的基、标准 3. 磁场的相对测量 3.1. 磁场线圈方法 标准测量线圈 3.2. 磁场传感器方法 4. 磁场测量的几个实例,标准的相关术语,参考文献,计量测试技术手册第7卷 电磁学 计量测试技术手册编辑委员会编著 中国计量出版社,1996年12月第1版。,Measurement and Characterization of Magnetic Materials, Chapter 5 by Fausto Fiorillo ELSEVIER ACADEMIC PRESS, 2004,注意:磁场(强度)的测量,磁场强度(幅值、方向) 空间分辨 时间分辨,1. 磁场基、标准,1.1. 磁学单位的确定:基本单位,绝对单位制:三个基本量,磁场标准1,s,m,kg,N,J,J s1,W,V,A,MKS
2、A单位制:四个基本量,kgms2,Nm,kgm2s3,kgm2s3A1,kgm2s3A2,机械功率,电功率,导 出 顺 序,SI单位,1. 磁场基、标准,1.1. 磁学单位的确定:基本单位,电流单位:安培(A),磁场标准2,安培是一恒定电流,若保持在处于真空中相距1 米的两无限长、而圆截面可忽略的平行直导线内,则在此两导线之间所产生的力在每米长度上等于2107牛顿。,1 m,1 m,电流,电流,2107 N,无限长 截面可忽略,1. 磁场基、标准,1.1. 磁学单位的确定:基本单位,磁场标准3,电荷Coulomb定律,2107 N,磁荷Coulomb定律,BiotSavart定律,c0:m/s;1;04107 H/m,有理化:k1=k2=k3=4,2. 电流磁铁,2.1.1. 基础理论:依据,Ampre定律与BiotSavart定律,电流磁铁1,电流的量纲:,1. 磁场基、标准,1.1. 磁学单位的确定:基本单位,磁场标准3,电荷Coulomb定律,电荷的量纲:,量纲表示方法: 质量:Mass、长度:Length、时间:Time,电流的量纲:,1. 磁场基、标准,1.1. 磁学单位的确
3、定:基本单位,磁场标准3,磁荷的量纲:,电流的量纲:,磁荷Coulomb定律,BiotSavart定律,1. 磁场基、标准,1.1. 磁学单位的确定:基本单位,磁场标准3,电流的量纲:,电荷Coulomb定律,Ampre定律,Maxwell,1. 磁场基、标准,1.1. 磁学单位的确定:基本单位,电流单位:安培(A),磁场标准4,固定线圈 可动线圈,无限长 截面可忽略,1、绝对测量,2、核磁共振电流量子标准,电流天平,电动力计,Rayleigh型 Ayrton型,可动线圈,固定线圈,磁,1. 磁场基、标准,1.1. 磁学单位的确定:导出单位, 磁通单位:韦伯(Wb),磁场标准5,韦伯是只有一匝的环形线圈中的磁通量,它在 1 秒时间间隔内均匀地降到零时,环路内所感应产生的电动势为 1 伏特:,1 亨利的电感、通以 1 安培电流,电感中的磁通量为 1 韦伯。,1. 磁场基、标准,1.1. 磁学单位的确定:导出单位, 磁通密度、磁感应强度单位:特斯拉(T),磁场标准6,1 平方米面积内,垂直均匀通过 1 韦伯磁通量的磁通密度等于 1 特斯拉:,在真空、均匀磁场中,通过电流为 1 安培、长度为
4、 1 米的直导线,所受到的力最大为 1 牛顿时,磁通密度为 1 特斯拉。,1. 磁场基、标准,1.1. 磁学单位的确定:导出单位, 磁矩单位:安培平方米(Am2),磁场标准7,置于磁场中的电流回路所受到的转矩 T 等于回路的磁矩 m 与磁通密度 B 的矢量积:,截面积为 1 平方米的电流回路,通过电流为 1 安培时的磁矩。,1. 磁场基、标准,1.2. 磁场基、标准的建立:原理,磁场标准8,量子基准:质子旋磁比测量装置,核磁共振,电流量子标准,磁场量子标准,质子旋磁比,质子旋磁比P:质子磁矩P与其角动量LP之比。,能级跃迁,1. 磁场基、标准,1.2. 磁场基、标准的建立:原理,磁场标准9,强磁场标准,弱磁场标准,利用天平测量载流矩形线圈(常数x0)在磁场中的受力,电流、力、尺寸为独立于 B 的量,使用经过严格计算线圈常数的Helmholtz线圈产生磁场,1. 磁场基、标准,1.2. 磁场基、标准的建立:装置,磁场标准10,强磁场基准:0.5 T 1.0 T,测量载流矩形线圈在磁场中的受力:,直接采用质子旋磁比:共振吸收,质子:P2.675 222 099(70) 108 s1 T1,
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